一种新型金属摩擦复合材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种新型金属摩擦复合材料及其制备方法。由以下成分制备而成：雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉、钽粉、硬脂酸正丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、鳞片石墨、二硒化铌、膨润土、硫酸钙晶须、二氧化硅、氧化铝、双氰基丙烯酸酯、皇冠醚、蒸馏水。制备方法如下：先将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合球磨，用蒸馏水冲洗后烘干，然后进行冷压成型，再放入烧结炉中进行烧结，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中混合分散，进行冷压成型，最后进行烧结，冷却即得。本发明的新型金属摩擦复合材料具有很好的力学性能，同时其布氏硬度较为适中，不会损伤机器设备本身，也表现出良好的耐摩擦性，摩擦稳定性高。

权利要求

1.一种金属摩擦复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉40-

60份、羰基铁粉10-15份、铁钴铜粉10-20份、钽粉1-2份、硬脂酸正丁酯5-10份、邻苯二甲酸二丁酯1-2份、鳞片石墨15-25份、二硒化铌3-6份、膨润土2-4份、硫酸钙晶须2-4份、二氧化硅5-10份、氧化铝5-8份、双氰基丙烯酸酯5-8份、皇冠醚4-7份、蒸馏水100-150份，其制备方法如下：步骤1：将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速

300-350r/min，球料比为1:1下球磨1-2小时；

步骤2：用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干；

步骤3：装入型模具中，在压力600-700MPa下进行冷压成型，保压时间为1-2分钟；

步骤4：放入烧结炉中进行烧结，温度为1000-1100℃，保温时间为40-50分钟；

步骤5：将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速70-80rpm下混合分散1-

2小时；

步骤6：装入型模具中，在压力600-700MPa下进行冷压成型，保压时间为1-2分钟；

步骤7：放入烧结炉中进行烧结，温度为900-1000℃，烧结压力为3-3.5MPa，保温时间为

2-3小时，冷却即得。

2.根据权利要求1所述的一种金属摩擦复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉45-55份、羰基铁粉11-14份、铁钴铜粉12-18份、钽粉1.2-1.7份、硬脂酸正丁酯6-9份、邻苯二甲酸二丁酯1.3-1.8份、鳞片石墨18-22份、二硒化铌4-5份、膨润土2.5-

3.5份、硫酸钙晶须2.5-3.5份、二氧化硅6-9份、氧化铝6-7份、双氰基丙烯酸酯6-7份、皇冠醚5-6份、蒸馏水110-140份。

3.如权利要求1所述的一种金属摩擦复合材料，其特征在于：所述雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉粉末粒径为5-35μm。

4.根据权利要求1所述的一种金属摩擦复合材料，其特征在于：所述制备方法步骤7中温度为950℃，压力为3.2MPa，保温时间为2.5小时。

说明书

一种新型金属摩擦复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料领域，具体涉及一种新型金属摩擦复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 摩擦材料是一种用于动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料，被用于车辆的制动和各种工程机械方面，如摩擦压力机、电葫芦和超声波电机等。超声波电机主要由定子压电陶瓷和转子摩擦材料等组成，利用压电陶瓷的逆压电效应，通过转子和定子的接触摩擦驱动转子转动，目前其已在航空航天、精密定位和微型机器人等领域得到了广泛的应用。而摩擦材料作为超声波电机的关键材料之一，其性能的好坏直接决定了电机的成败。一般超声波电机摩擦材料应具备以下条件：合适的摩擦系数、耐磨性高、噪声低、摩擦性能稳定、有适当的硬度和可进行精密加工等，但实际中的摩擦材料的性能并达不到如此标准，因此，不断地提高摩擦材料的性能，研发材料合成技术对于各行业的发展具有重要的意义。

发明内容

[0003] 要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种新型金属摩擦复合材料，具有很好的力学性能，其抗压强度和冲击韧性都较高。同时其布氏硬度较为适中，不会损伤机器设备本身，也表现出良好的耐摩擦性，摩擦稳定性高。

[0004] 技术方案：一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉40-60份、羰基铁粉10-15份、铁钴铜粉10-20份、钽粉1-2份、硬脂酸正丁酯5-10份、邻苯二甲酸二丁酯1-2份、鳞片石墨15-25份、二硒化铌3-6份、膨润土2-4份、硫酸钙晶须2-4份、二氧化硅5-10份、氧化铝5-8份、双氰基丙烯酸酯5-8份、皇冠醚4-7份、蒸馏水100-150份。

[0005] 进一步优选的，所述的一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉45-55份、羰基铁粉11-14份、铁钴铜粉12-18份、钽粉1.2-1.7份、硬脂酸正丁酯6-9份、邻苯二甲酸二丁酯1.3-1.8份、鳞片石墨18-22份、二硒化铌4-5份、膨润土2.5-3.5份、硫酸钙晶须2.5-3.5份、二氧化硅6-9份、氧化铝6-7份、双氰基丙烯酸酯6-7份、皇冠醚5-
6份、蒸馏水110-140份。

[0006] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法包括以下步骤：

[0007] 步骤1：将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速300-350r/min，球料比为1:1下球磨1-2小时；

[0008] 步骤2：用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干；

[0009] 步骤3：装入型模具中，在压力600-700MPa下进行冷压成型，保压时间为1-2分钟；

[0010] 步骤4：放入烧结炉中进行烧结，温度为1000-1100℃，保温时间为40-50分钟；

[0011] 步骤5：将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速70-80rpm下混合分散1-2小时；

[0012] 步骤6：装入型模具中，在压力600-700MPa下进行冷压成型，保压时间为1-2分钟；

[0013] 步骤7：放入烧结炉中进行烧结，温度为900-1000℃，烧结压力为3-3.5MPa，保温时间为2-3小时，冷却即得。

[0014] 进一步优选的，步骤1中转速为310-340r/min，球磨时间为1.5小时。

[0015] 进一步优选的，步骤3中压力为650MPa，保压时间为1.5分钟。

[0016] 进一步优选的，步骤4中温度为1050℃，保温时间为45分钟。

[0017] 进一步优选的，步骤5中转速为75rpm，分散时间为1.5小时。

[0018] 进一步优选的，步骤6中压力为650MPa，保压时间为1.5分钟。

[0019] 进一步优选的，步骤7中温度为950℃，压力为3.2MPa，保压时间为2.5小时。

[0020] 有益效果：本发明的新型金属摩擦复合材料具有很好的力学性能，其抗压强度和冲击韧性分别达到了903.1MPa和80.2J/cm2。同时其布氏硬度较为适中，不会损伤机器设备本身，也表现出良好的耐摩擦性，其摩擦系数最高可达0.54，摩擦稳定性高。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉40份、羰基铁粉10份、铁钴铜粉10份、钽粉1份、硬脂酸正丁酯5份、邻苯二甲酸二丁酯1份、鳞片石墨15份、二硒化铌3份、膨润土2份、硫酸钙晶须2份、二氧化硅5份、氧化铝5份、双氰基丙烯酸酯5份、皇冠醚4份、蒸馏水100份。

[0023] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速300r/min，球料比为1:1下球磨1小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力600MPa下进行冷压成型，保压时间为1分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1000℃，保温时间为40分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速70rpm下混合分散1小时，装入型模具中，在压力600MPa下进行冷压成型，保压时间为1分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为900℃，烧结压力为3MPa，保温时间为2小时，冷却即得。

[0024] 实施例2

[0025] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉45份、羰基铁粉11份、铁钴铜粉12份、钽粉1.2份、硬脂酸正丁酯6份、邻苯二甲酸二丁酯1.3份、鳞片石墨18份、二硒化铌4份、膨润土2.5份、硫酸钙晶须2.5份、二氧化硅6份、氧化铝6份、双氰基丙烯酸酯6份、皇冠醚5份、蒸馏水110份。

[0026] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速310r/min，球料比为1:1下球磨1.5小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力650MPa下进行冷压成型，保压时间为1.5分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1050℃，保温时间为45分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速75rpm下混合分散1.5小时，装入型模具中，在压力650MPa下进行冷压成型，保压时间为1.5分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为950℃，烧结压力为3.2MPa，保温时间为2.5小时，冷却即得。

[0027] 实施例3

[0028] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉50份、羰基铁粉12份、铁钴铜粉15份、钽粉1.5份、硬脂酸正丁酯7.5份、邻苯二甲酸二丁酯1.5份、鳞片石墨20份、二硒化铌4.5份、膨润土3份、硫酸钙晶须3份、二氧化硅7.5份、氧化铝6.5份、双氰基丙烯酸酯6.5份、皇冠醚5.5份、蒸馏水125份。

[0029] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速325r/min，球料比为1:1下球磨1.5小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力650MPa下进行冷压成型，保压时间为1.5分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1050℃，保温时间为45分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速75rpm下混合分散1.5小时，装入型模具中，在压力650MPa下进行冷压成型，保压时间为1.5分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为950℃，烧结压力为3.2MPa，保温时间为2.5小时，冷却即得。

[0030] 实施例4

[0031] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉55份、羰基铁粉14份、铁钴铜粉18份、钽粉1.7份、硬脂酸正丁酯9份、邻苯二甲酸二丁酯1.8份、鳞片石墨22份、二硒化铌5份、膨润土3.5份、硫酸钙晶须3.5份、二氧化硅9份、氧化铝7份、双氰基丙烯酸酯7份、皇冠醚6份、蒸馏水140份。

[0032] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速340r/min，球料比为1:1下球磨1.5小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力650MPa下进行冷压成型，保压时间为1.5分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1050℃，保温时间为45分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速75rpm下混合分散1.5小时，装入型模具中，在压力650MPa下进行冷压成型，保压时间为1.5分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为950℃，烧结压力为3.2MPa，保温时间为2.5小时，冷却即得。

[0033] 实施例5

[0034] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉60份、羰基铁粉15份、铁钴铜粉20份、钽粉2份、硬脂酸正丁酯10份、邻苯二甲酸二丁酯2份、鳞片石墨25份、二硒化铌6份、膨润土4份、硫酸钙晶须4份、二氧化硅10份、氧化铝8份、双氰基丙烯酸酯8份、皇冠醚7份、蒸馏水150份。

[0035] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉、铁钴铜粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速350r/min，球料比为1:1下球磨2小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力700MPa下进行冷压成型，保压时间为2分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1100℃，保温时间为50分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速80rpm下混合分散2小时，装入型模具中，在压力700MPa下进行冷压成型，保压时间为2分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为1000℃，烧结压力为3.5MPa，保温时间为3小时，冷却即得。

[0036] 对比例1

[0037] 本实施例与实施例5的区别在于不含有铁钴铜粉。具体地说是：

[0038] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉60份、羰基铁粉15份、钽粉2份、硬脂酸正丁酯10份、邻苯二甲酸二丁酯2份、鳞片石墨25份、二硒化铌6份、膨润土4份、硫酸钙晶须4份、二氧化硅10份、氧化铝8份、双氰基丙烯酸酯8份、皇冠醚7份、蒸馏水150份。

[0039] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉和硬脂酸正丁酯混合，放入球磨机中在转速350r/min，球料比为1:1下球磨2小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力700MPa下进行冷压成型，保压时间为2分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1100℃，保温时间为50分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速80rpm下混合分散2小时，装入型模具中，在压力700MPa下进行冷压成型，保压时间为2分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为1000℃，烧结压力为3.5MPa，保温时间为3小时，冷却即得。

[0040] 对比例2

[0041] 本实施例与实施例5的区别在于不含有硬脂酸正丁酯。具体地说是：

[0042] 一种新型金属摩擦复合材料，由以下成分以重量份制备而成：雾化铜粉60份、羰基铁粉15份、铁钴铜粉20份、钽粉2份、邻苯二甲酸二丁酯2份、鳞片石墨25份、二硒化铌6份、膨润土4份、硫酸钙晶须4份、二氧化硅10份、氧化铝8份、双氰基丙烯酸酯8份、皇冠醚7份、蒸馏水150份。

[0043] 上述新型金属摩擦复合材料的制备方法为：先将雾化铜粉、羰基铁粉和铁钴铜粉混合，放入球磨机中在转速350r/min，球料比为1:1下球磨2小时，用蒸馏水冲洗干净后放入烘箱中烘干，然后装入型模具中，在压力700MPa下进行冷压成型，保压时间为2分钟，再放入烧结炉中进行烧结，温度为1100℃，保温时间为50分钟，将复合粉末取出，加入剩余组分，倒入混料机中，在转速80rpm下混合分散2小时，装入型模具中，在压力700MPa下进行冷压成型，保压时间为2分钟，最后放入烧结炉中进行烧结，温度为1000℃，烧结压力为3.5MPa，保温时间为3小时，冷却即得。

[0044] 本发明材料的部分性能指标如下，我们可以看到本发明具有很好的力学性能，其抗压强度和冲击韧性分别达到了903.1MPa和80.2J/cm2。同时其布氏硬度较为适中，不会损伤机器设备本身，也表现出良好的耐摩擦性，其摩擦系数最高可达0.54，摩擦稳定性高。

[0045] 表1 新型金属摩擦复合材料的部分性能指标 产品名称 抗压强度（MPa） 冲击韧性（J/cm2） 布氏硬度（HB） 摩擦系数实施例1 902.6 79.3 75.3 0.52
实施例2 902.7 79.6 75.4 0.53
实施例3 902.9 79.7 75.6 0.53
实施例4 903.1 80.2 75.9 0.54
实施例5 903.0 79.9 75.7 0.53
对比例1 889.2 78.7 71.2 0.53
对比例2 897.3 79.3 73.9 0.46

[0046] 注：布氏硬度的测定温度为700℃。